JP2009171092A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応速度を早くして、突発的な音や破裂音などのように急激に変化する音を出力することができる状態も、反応速度を遅くして、音の再現性を高めることができる状態も実現することができる音響装置を得る。
【解決手段】音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサ１０と、元の音声信号に伸張するエキスパンダ２０を備え、コンプレッサ１０のアタックタイムを決める第１の時定数回路１５の時定数およびエキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路の時定数を可変として、アタックタイムおよびリカバリータイムを可変とした。ＣＲ時定数回路内のコンデンサー１７の容量を可変とすることにより時定数を可変とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置に関するものである。

ＣＤプレーヤ、フラッシュメモリ型プレーヤ、マイクロホン、その他各種音源からの音声信号を入力とし、この音声信号を再生しまたは後段に伝達する音響装置において、音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えたものがある。例えば、ワイヤレスマイクロホンに関する一連の装置では、音声入力側であるマイクロホンユニットで電気音響変換された音声信号のダイナミックレンジをコンプレッサで圧縮し無線信号に変換して送信する。この無線信号を受信機で受信して復調し、さらにエキスパンダによって元の音声信号に伸張して音声出力信号とする。信号伝送方式が上記のような無線方式に限らず、有線方式の音響装置にも、圧縮・伸張機能を搭載したものがある。音響装置に、圧縮・伸張機能を搭載することによって、識別可能な信号の最小値と最大値の比率が大きいすなわち音源のダイナミックレンジが広い場合に、信号レベルの高い部分で増幅器などの許容入力を越えて歪みが発生する、というような問題を回避することができる。

上記コンプレッサは、スレッショルドレベルを超えた信号が入力されてから圧縮を開始するまでの時間すなわちアタックタイムを決定する部分を備えている。上記エキスパンダは、伸張されて元の信号に戻るまでの時間すなわちリカバリータイムを決定する部分を備えている。

従来の音響装置においては、上記アタックタイムおよびリカバリータイムは適宜の値に固定されていて変更することができないのが一般的である。
本発明にかかる音響装置と直接的な関係はないが、比較的近い技術として、コンプレッサの圧縮特性を調整する圧縮特性調整手段を備えた音響装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の発明は、再生を選択された音源の種別を種別検出手段で検出し、検出された音源の種別、ディスクの種類および再生モードに応じてコンプレッサの圧縮特性を調整するものである。特許文献１では、「圧縮特性」がどのようなものか具体的な文言による説明はないが、特許文献１の記載全体から、非圧縮を含む圧縮率であることがわかる。なぜなら、音響信号のダイナミックレンジをレンジ検出部で検出してマイコンに入力し、マイコンは圧縮特性を示す特性信号に基づき、ゲイン調整部のゲインを算出してこの算出値をゲイン調整部に向けて出力し、ゲイン調整部のゲインを調整するように構成されているからである。

特開２００１−５２４４４号公報

ここまで説明してきたように、コンプレッサおよびエキスパンダを備えていて、音声信号を圧縮・伸張する従来の音響装置は、アタックタイムおよびリカバリータイムを可変にするという発想はない。アタックタイムおよびリカバリータイムの大きさは、音声の再現性に大きく影響し、アタックタイムおよびリカバリータイムを可変にすると、音質を劣化させるという弊害を起こす可能性が高いからである。しかし、ユーザーの要望によっては、音声の再現性が悪くなっても、反応速度を早くして、突発的な音や破裂音などのように急激に変化する音を出力することができることが求められることがある。逆に、急激に変化する音に対応してこれを出力することができなくても、反応速度を遅くして、音の再現性を高めることが求められることがある。

本発明は、上記のようなユーザーの要望に応えることができる音響装置を提供することを目的とする。
より具体的には、反応速度を早くして、突発的な音や破裂音などのように急激に変化する音を出力することができる状態も、逆に、反応速度を遅くして、音の再現性を高めることができる状態も実現することができる音響装置を提供することを目的とする。

本発明は、音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置において、上記コンプレッサのアタックタイムを決める第１の時定数回路または上記エキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路のうち少なくとも片方の時定数回路の時定数を可変としたことを最も主要な特徴とする。
上記第１の時定数回路の時定数および上記第２の時定数回路の時定数を可変として、上記アタックタイムおよびリカバリータイムをともに可変としてもよい。

本発明はまた、音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置において、上記コンプレッサのアタックタイムを決める第１の時定数回路の時定数および上記エキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路の時定数を可変として、上記アタックタイムおよびリカバリータイムを可変とし、第１の時定数回路は、整流された音声信号を平滑し、この平滑信号は、上記音声信号を入力とする第１の可変利得増幅器の圧縮量制御信号として入力され、上記第２の時定数回路は、上記コンプレッサで圧縮されかつ整流された圧縮信号を平滑し、この平滑信号は、上記圧縮信号を入力とする第２の可変利得増幅器の伸張量制御信号として入力されることを特徴とする。

第１、第２の時定数回路のうち少なくとも一方の時定数回路の時定数を小さくしてコンプレッサのアタックタイムまたはエキスパンダのリカバリータイムを早くすると、突発的な音や破裂音などのように急激に変化する音を出力することができるが、音声の再現性は低下する。第１、第２の時定数回路のうち少なくとも一方の時定数を大きくしてコンプレッサのアタックタイムまたはエキスパンダのリカバリータイムを遅くすると、急激に変化する音に対応してこれを出力することは難しいが、音の再現性を高めることができる。ユーザーの好みに応じて各時定数回路の時定数を変更すればよい。

以下、本発明にかかる音響装置の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる音響装置の実施例の一部を構成するコンプレッサ（圧縮器）の例を示す。図１において、コンプレッサ１０は、可変利得増幅器１２と、全波整流器１４と、時定数回路１５を備えている。可変利得増幅器１２には、適宜の音源、例えばマイクロホンユニットなどから音声信号が入力される。音声信号はまた全波整流器１４によって全波整流され、時定数回路１５に入力される。時定数回路１５は、抵抗１６とコンデンサー１７からなる平滑回路を構成していて、抵抗１６の値とコンデンサー１７の容量で決まる時定数に対応した平滑信号となり、この平滑信号が、可変利得増幅器１２に圧縮量制御信号として入力されるように構成されている。この例では、上記コンデンサー１７は可変容量コンデンサーすなわちバリアブルコンデンサーであって、ユーザーが任意に操作することによって容量が変化し、時定数回路１５の時定数が変化するようになっている。可変利得増幅器１２からは、上記圧縮量制御信号に対応して、図１に示す圧縮信号波形のように、もともとの音声信号のダイナミックレンジが圧縮されて出力される。

図１に示すコンプレッサ１０において、コンデンサー１７の容量を小さくすると時定数回路１５の時定数が小さくなり、遅延量は小さく可変利得増幅器１２による圧縮の反応速度すなわちアタックタイムが速くなる。逆に、コンデンサー１７の容量を大きくすると時定数回路１５の時定数が大きくなり、遅延量は大きく可変利得増幅器１２による圧縮の反応速度すなわちアタックタイムは遅くなる。図１に示す圧縮信号波形において、元の音声信号のダイナミックレンジが圧縮されるときのレベルの変化率ないしは傾き度合いは、反応速度によって変化し、反応速度が遅いほど上記変化率ないしは傾き度合いは緩やかになる。

図２は、本発明にかかる音響装置の実施例の他の一部を構成するエキスパンダ（伸張器）の例を示す。図２において、エキスパンダ２０は、可変利得増幅器２２と、全波整流器２４と、時定数回路２５を備えている。可変利得増幅器２２には、図１に示すようなコンプレッサによって圧縮された圧縮信号が入力される。コンプレッサからエキスパンダ２０への圧縮信号の伝送は、無線であっても有線であってもよい。上記圧縮信号はまた全波整流器２４によって全波整流され、時定数回路２５に入力される。時定数回路２５は、抵抗２６とコンデンサー２７からなる平滑回路を構成していて、抵抗２６の値とコンデンサー２７の容量で決まる時定数に対応した平滑信号となり、この平滑信号が、可変利得増幅器２２に伸張量制御信号として入力されるように構成されている。この例では、上記コンデンサー２７は可変容量コンデンサーすなわちバリアブルコンデンサーであって、ユーザーが任意に操作することによって容量が変化し、時定数回路２５の時定数が変化するようになっている。可変利得増幅器２２からは、上記伸張量制御信号に対応して、図２に示す伸張信号波形のように、圧縮信号のダイナミックレンジが伸張されて出力される。

図２に示すエキスパンダ２０において、コンデンサー２７の容量を小さくすると時定数回路２５の時定数が小さくなり、遅延量は小さく可変利得増幅器２２による伸張の反応速度すなわちリカバリータイムが速くなる。逆に、コンデンサー２７の容量を大きくすると時定数回路２５の時定数が大きくなり、遅延量は大きく可変利得増幅器２２による伸張の反応速度すなわちリカバリータイムは遅くなる。図２に示す伸張信号波形において、元の圧縮信号のダイナミックレンジが伸張されるときのレベルの変化率ないしは傾き度合いは、反応速度によって変化し、反応速度が遅いほど上記変化率ないしは傾き度合いは緩やかになる。

図１に示すコンプレッサ１０と図２に示すエキスパンダ２０を一組として音響装置が構成される。コンプレッサ１０とエキスパンダ２０の時定数回路１５、２５のうち少なくとも一方の時定数回路の時定数を調整し、コンプレッサ１０のアタックタイムまたはエキスパンダ２０のリカバリータイムのいずれかを調整することによって、聴感上、音を入力してから出力されるまでの反応速度を変化させることができる。すなわち、動特性を変化させることができる。例えば、ワイヤレスマイクロホンとそのレシーバーに、本発明にかかる音響装置を適用すると、歌い手や発話者が発する音声をマイクロホンが拾って電気信号に変換し、これを無線信号に変調し、これをレシーバーで受信して音声信号に復調して音声として出力することができる。そして、上記時定数を調整することにより、以下のような効果を得ることができる。

時定数回路の時定数を小さくして反応速度を早くすると、突発的な音や破裂音など、急激に変化する音を出力することができるが、音声の再現性が低下する。
時定数回路の時定数を大きくして反応速度を遅くすると、突発的な音や破裂音など、急激に変化する音を出力することができなくなるが、音声の再現性が向上する。
かかる効果を得ることができる音響装置を、例えば歌唱用のマイクロホンに適用すると、高音域の抜けの度合いや歌いやすさなどが大きく変化し、ユーザーの好みに合致した反応速度に設定することができる。

上記の例では、コンプレッサ１０とエキスパンダ２０の時定数回路１５、２５のうち少なくとも一方の時定数回路の時定数を調整するものとして説明したが、コンプレッサ１０とエキスパンダ２０双方の時定数回路１５、２５の時定数をともに可変とし、コンプレッサ１０のアタックタイムとエキスパンダ２０のリカバリータイムをともに調整することができるようにしてもよい。

図１、図２を対比すればわかるように、コンプレッサ１０とエキスパンダ２０の回路構成は同じである。そこで、特許請求の範囲では、コンプレッサ１０とエキスパンダ２０の構成部分を識別するために、コンプレッサ１０を構成する可変利得増幅器および時定数回路にはそれぞれ「第１の」文言を付し、エキスパンダ２０を構成する可変利得増幅器および時定数回路にはそれぞれ「第２の」文言を付した。

図４は、図２に示すエキスパンダ２０において伸張にかかる時間すなわちリカバリータイムを短くした場合の元の圧縮信号波形Ａと伸張波形Ｂを並べて示している。伸張波形の立ち上がりが早く、開始音のレベルが忠実に出ているため、突発的な音が突入したときの信号を忠実に再生していることがわかる。その反面、リカバリータイムが短いことによってオーバーシュートが発生している。また、元の音に対する再現性が悪化しやすいことがわかる。

図５は、図２に示すエキスパンダ２０において伸張にかかる時間すなわちリカバリータイムを長くした場合の元の圧縮信号波形Ａと伸張波形Ｃを並べて示している。伸張波形の立ち上がりが遅いため、突発的な音が突入したときの信号を出力することができない。その反面、元の音に対する再現性は高いことがわかる。

図１、図２に示す実施例において、コンプレッサ１０およびエキスパンダ２０の時定数回路は、コンデンサーと抵抗からなるＣＲ時定数回路からなり、コンデンサーを可変容量コンデンサーとすることにより時定数を可変としていた。しかし、時定数可変手段は、容量の異なる複数のコンデンサーで構成し、任意のコンデンサーを選択するようにしてもよい。図３に示す回路はその例を示す。図３において、時定数回路３５は、抵抗３６と、二つのコンデンサー３７，３８と、これらのコンデンサー３７，３８の一方を選択するスイッチ３９を有してなる。二つのコンデンサー３７，３８は容量が異なっていて、スイッチ３９が一つのコンデンサーを選択することによって、時定数回路３５の時定数が切り換えられるようになっている。なお、時定数回路のコンデンサーの容量の切り換えは、複数のコンデンサーの直列接続、並列接続などによって行うようにしてもよい。

本発明にかかる音響装置に適用されるコンプレッサの例を示す回路ブロック図である。 本発明にかかる音響装置に適用されるエキスパンダの例を示す回路ブロック図である。 本発明に適用可能な時定数回路の変形例を示す回路図である。 本発明に適用されるエキスパンダの例における元の圧縮信号波形と伸張後の波形の例を示す波形図である。 本発明に適用されるエキスパンダの例における元の圧縮信号波形と伸張後の波形の別の例を示す波形図である。

符号の説明

１０ コンプレッサ
１２ 第１の可変利得増幅器
１４ 全波整流器
１５ 第１の時定数回路
１６ 抵抗
１７ コンデンサー
２０ エキスパンダ
２２ 第２の可変利得増幅器
２４ 全波整流器
２５ 第２の時定数回路
２６ 抵抗
２７ コンデンサー
３５ 時定数回路
３６ 抵抗
３７ コンデンサー
３８ コンデンサー

Claims (9)

1. 音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置において、
   上記コンプレッサのアタックタイムを決める第１の時定数回路または上記エキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路のうち少なくとも片方の時定数回路の時定数を可変とした音響装置。
2. 音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置において、
   上記コンプレッサのアタックタイムを決める第１の時定数回路の時定数および上記エキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路の時定数を可変として、上記アタックタイムおよびリカバリータイムを可変とした音響装置。
3. 音声信号のダイナミックレンジを予め圧縮するコンプレッサと、元の音声信号に伸張するエキスパンダを備えた音響装置において、
   上記コンプレッサのアタックタイムを決める第１の時定数回路の時定数および上記エキスパンダのリカバリータイムを決める第２の時定数回路の時定数を可変として、上記アタックタイムおよびリカバリータイムを可変とし、
   第１の時定数回路は、整流された音声信号を平滑し、この平滑信号は、上記音声信号を入力とする第１の可変利得増幅器の圧縮量制御信号として入力され、
   上記第２の時定数回路は、上記コンプレッサで圧縮されかつ整流された圧縮信号を平滑し、この平滑信号は、上記圧縮信号を入力とする第２の可変利得増幅器の伸張量制御信号として入力される音響装置。
4. 時定数回路はコンデンサーと抵抗からなるＣＲ時定数回路であり、コンデンサーの容量を可変とすることにより時定数を可変とした請求項１、２または３記載の音響装置。
5. 時定数回路のコンデンサーは、可変容量コンデンサーからなり、このコンデンサーの容量を可変することにより時定数を可変とした請求項４記載の音響装置。
6. 時定数回路のコンデンサーは、容量の異なる複数のコンデンサーからなり、任意のコンデンサーを選択することにより時定数を可変とした請求項４記載の音響装置。
7. 時定数回路の時定数は、手動操作により可変となっている請求項１、２または３記載の音響装置。
8. 音響装置は無線または有線伝送方式の音響装置であって、送信側にコンプレッサが備えられ、受信側にエキスパンダが備えられている請求項１、２または３記載の音響装置。
9. 音響装置はワイヤレスマイクロホン装置であって、マイクロホン側にコンプレッサが備えられ、レシーバー側にエキスパンダが備えられている請求項１、２または３記載の音響装置。

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